專利名稱：編隊(duì)衛(wèi)星sar的一種正交波形設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及編隊(duì)衛(wèi)星SAR的波形設(shè)計(jì)，提供了一種通過對(duì)線性調(diào)頻(LFM)信號(hào)進(jìn)行相位編碼的正交波形設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)的波形具有較低的自相關(guān)旁瓣和互相關(guān)峰值，較低的帶寬占有率和較小的多普勒失配，很好地抑制不同星載SAR之間的回波信號(hào)干擾。
背景技術(shù)：
編隊(duì)衛(wèi)星合成孔徑雷達(dá)(SAR)是近年來提出的一種新概念雷達(dá)，各編隊(duì)衛(wèi)星通過裝載自主控制和相對(duì)獨(dú)立操作的雷達(dá)設(shè)備，并通過各編隊(duì)衛(wèi)星之間以及各子雷達(dá)之間的協(xié)同工作、隊(duì)形控制等完成多種任務(wù)(如SAR、GMTI和hSAR)，是具有強(qiáng)大功能的天基雷達(dá)系統(tǒng)。編隊(duì)衛(wèi)星SAR利用多顆小衛(wèi)星組成編隊(duì)，其中每顆衛(wèi)星都具有SAR功能，衛(wèi)星間協(xié)同工作，利用多顆小衛(wèi)星距離向和方位向頻譜的差異，對(duì)頻譜進(jìn)行合成來同時(shí)獲得高分辨率和大測(cè)繪帶寬的SAR圖像，提供全球范圍內(nèi)的高精度圖像，對(duì)慢動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)和顯示。這種合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)在功能和性能上都超過多個(gè)SAR的簡(jiǎn)單組網(wǎng)。隨著衛(wèi)星數(shù)量的增加，編隊(duì)衛(wèi)星SAR可以提高分辨率和增加測(cè)繪帶寬。然而，若為每個(gè)衛(wèi)星SAR都分配一定的帶寬，衛(wèi)星數(shù)量越多，消耗的頻譜資源越多，不利于頻譜的有效利用，同時(shí)也限制了編隊(duì)衛(wèi)星SAR的發(fā)展。為了使編隊(duì)衛(wèi)星SAR的優(yōu)勢(shì)能夠得以發(fā)揮，必須研究一種在盡可能節(jié)省帶寬資源的情況下，提高編隊(duì)衛(wèi)星SAR分辨率的信號(hào)波形。在波形設(shè)計(jì)及優(yōu)化方面，Hai Deng基于自相關(guān)和互相關(guān)函數(shù)的優(yōu)化準(zhǔn)則，利用模擬退火算法來優(yōu)化正交多相編碼波形和正交離散頻率編碼波形，但是這些方法設(shè)計(jì)的正交波形的多普勒失配嚴(yán)重。^iang Jianxin等人利用雷達(dá)波形與通信中的頻分多址概念相結(jié)合來研究正交波形，并通過遺傳算法對(duì)該波形進(jìn)行了優(yōu)化?！兑环N具有較低自相關(guān)性能的正交離散頻率編碼的設(shè)計(jì)方法》也已經(jīng)申報(bào)專利。該專利基于地基雷達(dá)應(yīng)用背景，利用DFCW_ LFM信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)中零點(diǎn)與柵瓣的位置關(guān)系，確定信號(hào)參數(shù)關(guān)系，降低自相關(guān)峰值旁瓣，驗(yàn)證改進(jìn)的遺傳算法對(duì)波形設(shè)計(jì)的有效性。目前，編隊(duì)衛(wèi)星SAR的波形設(shè)計(jì)還處于概念和理論分析階段，大多數(shù)研究都只限于局部理想情況下，且多是從正交的理論角度來設(shè)計(jì)和優(yōu)化波形，這些波形要么給每個(gè)衛(wèi)星分配一個(gè)帶寬，要么采用相位編碼方式。通過頻分的方法實(shí)現(xiàn)正交波形，大大增加了系統(tǒng)對(duì)帶寬的要求，而采用相位編碼實(shí)現(xiàn)的正交波形會(huì)引起較大的多普勒失配。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種應(yīng)用于編隊(duì)衛(wèi)星SAR系統(tǒng)下的正交信號(hào)波形的設(shè)計(jì)方法，有效降低了正交波形的自相關(guān)旁瓣和互相關(guān)峰值，同時(shí)也減輕了信號(hào)的多普勒失配，有效提高了頻譜利用率。本發(fā)明所述的編隊(duì)衛(wèi)星SAR的一種正交波形設(shè)計(jì)方法包括以下幾個(gè)步驟第一步根據(jù)編隊(duì)衛(wèi)星雷達(dá)對(duì)發(fā)射信號(hào)帶寬B和時(shí)寬T的要求，確定線性調(diào)頻信號(hào)
3的帶寬4 <B、時(shí)寬K T和調(diào)頻斜率A = |參數(shù)，并生成線性調(diào)頻信號(hào)。如(1)式所示。
權(quán)利要求
1.編隊(duì)衛(wèi)星SAR的一種正交波形設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟第一步根據(jù)(1)式產(chǎn)生編隊(duì)衛(wèi)星中每個(gè)衛(wèi)星發(fā)射的線性調(diào)頻信號(hào)；SL(0 = Jj ■ rect{^) ■ exp(y事2)(1)第二步將線性調(diào)頻信號(hào)按等時(shí)間間隔進(jìn)行N等分，形成N個(gè)子脈沖。根據(jù)編隊(duì)衛(wèi)星的個(gè)數(shù)M，對(duì)這N個(gè)子脈沖進(jìn)行M次相位編碼，得到M個(gè)不同的編碼波形；_1 T'Nt-{n ——)Tc + —Smit) = lLamin)-rect -2——--expO^2)(2)n:lTc第三步根據(jù)模糊函數(shù)的定義，建立編碼波形的模糊函數(shù)表達(dá)式。根據(jù)編隊(duì)衛(wèi)星合成孔徑雷達(dá)對(duì)目標(biāo)多普勒的測(cè)量要求(如ξ )，求出符合編隊(duì)衛(wèi)星合成孔徑雷達(dá)多普勒失配容限值ξ。通過增大N或者減小N來搜索，得出滿足編隊(duì)衛(wèi)星要求的臨界N值，記*Nmax。Zm (r； fd) = [ Sm it) ■ S {t-τ)· ^V{j2nfdt)dt(3)(4)T 2第四步選擇自相關(guān)和互相關(guān)的能量和函數(shù)作為代價(jià)函數(shù)。MM-I M2E = ^max|^(m,T)|2 + ^ max|C(^,^,r)|(5)m=\p=l(6)J-ooC(p, q, τ) = Sp (t)S； {t + x)dt(7)第五步將公式(5)的代價(jià)函數(shù)作為適應(yīng)度函數(shù)，通過遺傳算法對(duì)各相位編碼的碼值進(jìn)行搜索，最終找到優(yōu)化的正交波形。通過以上五個(gè)步驟，得出了編隊(duì)衛(wèi)星SAR系統(tǒng)下優(yōu)化后的正交波形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的編隊(duì)衛(wèi)星SAR的一種正交波形設(shè)計(jì)方法，其特征在于步驟三中為了得到子脈沖的個(gè)數(shù)Nmax，計(jì)算得出的編隊(duì)衛(wèi)星孔徑雷達(dá)多普勒失配容限值ξ (以模糊函數(shù)的幅值下降3dB時(shí)的多普勒為多普勒失配容限值ξ)，將(3)代入(5)中，并利用搜索比較的方法計(jì)算出臨界的Nmax值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的編隊(duì)衛(wèi)星SAR的一種正交波形設(shè)計(jì)方法，其特征在于步驟四中為了得到最終的正交波形，利用選擇自相關(guān)和互相關(guān)的能量和函數(shù)作為代價(jià)函數(shù)，并將該代價(jià)函數(shù)作為后續(xù)遺傳算法中的適應(yīng)度函數(shù)，通過利用遺傳算法對(duì)各相位編碼的碼值進(jìn)行搜索，優(yōu)化相位編碼后的波形，最終得出正交波形。
全文摘要
本發(fā)明涉及編隊(duì)衛(wèi)星SAR的波形設(shè)計(jì)，提供了一種通過對(duì)線性調(diào)頻(LFM)信號(hào)進(jìn)行相位編碼的正交波形設(shè)計(jì)方法。首先生成線性調(diào)頻信號(hào)，將線性調(diào)頻信號(hào)按等時(shí)間間隔進(jìn)行N等分，形成N個(gè)子脈沖，根據(jù)編隊(duì)衛(wèi)星的個(gè)數(shù)M對(duì)每個(gè)子脈沖進(jìn)行M次隨機(jī)相位編碼，建立模糊函數(shù)表達(dá)式，計(jì)算符合編隊(duì)衛(wèi)星合成孔徑雷達(dá)多普勒失配容限值ξ，利用搜索比較法找出符合要求的臨界N值，最后選擇自相關(guān)和互相關(guān)的能量和函數(shù)作為代價(jià)函數(shù)，即遺傳算法中的適應(yīng)度函數(shù)，通過利用遺傳算法對(duì)各子脈沖相位編碼的碼值進(jìn)行搜索，最終找到優(yōu)化后的正交波形。該波形具有較低的自相關(guān)旁瓣和互相關(guān)峰值，較低的帶寬占有率和較小的多普勒失配，很好地抑制不同星載SAR之間的回波信號(hào)干擾。
文檔編號(hào)G01S13/90GK102540187SQ20101058490
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月13日
發(fā)明者宗竹林, 張磊, 朱立東, 胡劍浩, 辛凱 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)